某寫字樓采用GBF 蜂巢芯空心樓蓋的設(shè)計(jì)分析

崔 佳 武漢智業(yè)建筑設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430000

1 工程概況

本工程建筑面積約4.5 萬平方米，地下二層，主樓由東西雙塔組成，共22 層，主樓之間設(shè)有二層裙房，裙房與主樓之間設(shè)置防震縫分開計(jì)算。主要使用功能為辦公，并設(shè)置相應(yīng)配套的餐飲、健身等設(shè)施。

本工程主樓采用鋼筋混凝土框架核心筒結(jié)構(gòu)，房屋總高度為80.200m，抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類別(丙類)，設(shè)防烈度為6 度，地震分組為第一組，場地類別為II 類，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，基本風(fēng)壓W0=0.35KN/m2，標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.400m。

2 樓蓋方案選型及結(jié)構(gòu)體系

本工程在設(shè)計(jì)之初，業(yè)主就定下了標(biāo)準(zhǔn)層高度及對樓層凈高的要求，在扣除框架梁高度后凈高不小于2.7m。為此建筑設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)備專業(yè)在梁下的管線布置，專門進(jìn)行了一次綜合分析，結(jié)論是如采用普通梁板結(jié)構(gòu)，無法滿足業(yè)主的需求。

因此，經(jīng)多次方案比選，最終決定采用GBF 蜂巢芯空心樓蓋。樓面空心大板厚度為320mm，蜂巢芯為900x900mm方盒，自帶底板。經(jīng)過改進(jìn)后的帶底板的蜂巢芯不僅解決了施工和美觀上的問題，因蜂巢芯芯模和結(jié)構(gòu)整體工作，考慮到芯模的薄膜效應(yīng)，和不帶底板的純密肋樓蓋相比，彈性承載力提高8%，極限承載力提高30%，撓度減少60%，且結(jié)構(gòu)整體性更好，受力更均勻(見實(shí)驗(yàn)研究《現(xiàn)澆混凝土空腹樓蓋—GBF 蜂巢芯》邱則有著，中南大學(xué)出版社)。標(biāo)準(zhǔn)層柱截面由800x800～600x600mm，梁板混凝土強(qiáng)度等級C35、C30;墻柱混凝土等級底層C45，隨高度逐步過渡到C30。

單純的板柱結(jié)構(gòu)抗震性能較差，且在節(jié)點(diǎn)的位置非常容易出現(xiàn)沖切破壞。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2010)》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3-2010)》對6 度區(qū)板柱結(jié)構(gòu)A 級高度均有限制。但高規(guī)3.3.1 條和抗規(guī)3.1.1 條明確指出:框架-核心筒結(jié)構(gòu)中，帶有部分僅承受豎向荷載的無梁樓蓋時(shí)，不作為板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)對待。因此本工程結(jié)構(gòu)體系按框架核心筒體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足規(guī)范要求。

3 計(jì)算方法與構(gòu)造

本工程樓蓋區(qū)格較規(guī)則，根據(jù)《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程(CECS175:2004)》的相關(guān)規(guī)定，并參照譚偉［4］對樓蓋計(jì)算模型的簡化分析，采用以下方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析:

(1)樓板設(shè)置與板等厚的暗框梁，可以協(xié)調(diào)外框架與核心筒，共同作用，暗框梁之外的樓板僅承擔(dān)豎向荷載，樓板導(dǎo)荷需修改為單向板形式，向核心筒和外框梁導(dǎo)荷。外框梁按規(guī)范設(shè)置為明梁，本工程為400x600mm。

(2)暗框梁僅承擔(dān)自身重量并傳遞水平荷載，不承擔(dān)梁范圍外的豎向荷載。

(3)暗框梁寬度，即參與抗側(cè)的樓板有效抗彎剛度范圍，可以參考寬扁梁的截面限制條件進(jìn)行取值，并采用適當(dāng)?shù)闹辛簞偠确糯笙禂?shù)。

(4)整體計(jì)算時(shí)，采用SATWE 進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析和設(shè)計(jì)，樓蓋按抗彎剛度等效折算為實(shí)心樓板厚度進(jìn)行計(jì)算分析。

(5)承受豎向荷載的空心樓板和暗框梁計(jì)算，單獨(dú)采用佳構(gòu)軟件的空心樓蓋模塊進(jìn)行分析，根據(jù)其計(jì)算出的彎矩采用手算進(jìn)行計(jì)算配筋。

蜂巢芯(KB1)面層厚取50mm(滿足密肋樓蓋最小板厚要求)，樓板采用雙向配筋，局部支座附加負(fù)彎矩筋。同時(shí)在框架柱和核心筒設(shè)置按框梁連接的部位均設(shè)置了托板(ZMb1)，加強(qiáng)其抗震構(gòu)造。

4 經(jīng)濟(jì)性比較

本工程比普通梁板樓蓋節(jié)省層高200mm，22 層共節(jié)省22x200=4400mm，經(jīng)濟(jì)效益可觀。參照這兩種結(jié)構(gòu)的模型，對其各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)做了對比，計(jì)算結(jié)果見表1，可見GBF 蜂巢芯空心樓蓋在材料上較為經(jīng)濟(jì)。但樓蓋造價(jià)需增加GBF 蜂巢芯膜殼的費(fèi)用，具體的單價(jià)則需業(yè)主詳細(xì)比較。

表1

5 施工時(shí)應(yīng)注意的問題

(1)由于GBF 是一個(gè)空心構(gòu)件，抗浮處理是個(gè)關(guān)鍵?？稍贕BF 與樓板面層鋼筋之間加設(shè)一根直徑為14 ﹟的鐵絲作為抗浮鋼筋，與GBF上的吊鉤相連形成整體，最后澆筑混凝土，使之與鋼筋和混凝土一起組成一個(gè)整體的空腔結(jié)構(gòu)。

(2)混凝土在澆筑時(shí)，布料與振搗應(yīng)同步進(jìn)行，振搗棒采用3cm 的小棒，施工時(shí)要注意GBF 間肋梁的混凝土密實(shí)飽滿度?；炷猎跐仓r(shí)，應(yīng)隨時(shí)注意GBF 的擺放位置，防止GBF 塊因兩側(cè)壓力不平衡而發(fā)生竄動。

(3)澆注過程中如遇空心箱模損壞，可用聚苯板、鋼絲網(wǎng)等輕質(zhì)物品塞入損壞處封堵嚴(yán)密，注意不要使后塞物品露出箱模表面，造成混凝土夾渣。

6 結(jié)論

(1)框架-核心筒結(jié)構(gòu)中，帶有部分僅承受豎向荷載的無梁樓蓋時(shí)，不作為板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)對待。經(jīng)計(jì)算分析，其變形曲線接近普通框架核心筒結(jié)構(gòu)，外圍框架和核心筒協(xié)同工作，層間變形均勻。

(2)因結(jié)構(gòu)相對較輕，本工程梁柱截面及底層框架柱混凝土等級均小于普通框架核心筒結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低了樓層高度，為業(yè)主帶來了空間和經(jīng)濟(jì)上的收益。

［1］《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)中國建筑工業(yè)出版社.

［2］《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010)中國建筑工業(yè)出版社.

［3］《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程(CECS175:2004)》中國建筑工業(yè)出版社.

［4］譚偉，框架—現(xiàn)澆空心樓板和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究建筑結(jié)構(gòu)，2013，4:37-41